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Ingegneria del Software
Prof. Paolo CiancariniCorso di Ingegneria del SoftwareCdL Informatica Università di Bologna
Agenda
• Cos'è l'ingegneria del software• Il ciclo di vita del software• Il processo di sviluppo del software• Miti e leggende della produzione sw
Ingegneria del software
• L’Ingegneria del Sw (Software Engineering) è unadisciplina metodologica, cioè studia i metodi diproduzione, le teorie alla base dei metodi, e glistrumenti di sviluppo e misura della qualità deisistemi software
• È anche una disciplina empirica, cioè basatasull’esperienza e sulla storia dei progetti passati
Ingegnere del software• Nei paesi anglosassoni “software engineer” è una
professione riconosciuta: per es. in USA nel 2010 c’erano oltre 900.000 “sw engineers”
• Oltre metà di tutti gli ingegneri usa sono “software engineers”Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Software_engineering_demographics#United_States
http://computer-careers-review.toptenreviews.com/software-engineer-review.html dati al 2015
Confronto tra software engineers e altre professioni
https://money.usnews.com/careers/best-jobs/rankings/best-technology-jobs
Standish Report 2003
La produttività dell’industria sw è bassa
• Da un’analisi di 13.522 progetti di costruzione sw:– 66% di tutti i progetti falliscono (non
hanno risultato utile)– 82% dei progetti superano i tempi previsti– 48% dei progetti producono sistemi senza
le funzioni richieste dai clienti – 55 miliardi $ di spreco considerando solo i
progetti USA
Standish CHAOS reports
Agile vs waterfall (CHAOS 2015)
Perché falliscono i progetti sw: i rischi
Quali sono i rischi principali di chi sviluppa software?– Turnover dello staff– Realizzare funzioni non richieste– Ritardi nella consegna– Superare il budget di progetto– Realizzare un sistema inusabile– Realizzare un sistema incapace di funzionare insieme
con altri sistemi esistenti
Analisi dei rischi nel ciclo di vita del software
• A causa dell’impatto dei rischi, i costi software spesso dominano i costi di produzione di un sistema; in particolare, i costi sw sono spesso maggiori dei costi dell’hardware sottostante
• È più costoso mantenere il software che svilupparlo: nel caso di sistemi con vita duratura, i costi di manutenzione sono un multiplo dei costi di sviluppo (es.: 3 volte)
• L’ingegneria del software si preoccupa di produrre software con costi “accettabili”
I costi del software
I problemi
I problemi principali che affronta l’IdSw riguardano
• I metodi di analisi e progettazione dei prodotti sw– Quale metodo è il più adatto in una data situazione?
• Lo studio del processo di sviluppo del sw– Come posso migliorare il mio processo di sviluppo?
• Lo sviluppo degli strumenti di produzione del sw• Gli aspetti economici dei prodotti e dei processi
– Quanto costa produrre un certo sistema?• La standardizzazione di processi e tecnologie
Temi dell’ingegneria del sw• Il ciclo di vita del software• Il processo di sviluppo del software e gli strumenti
– Cattura, specifica, analisi e gestione dei requisiti– Progettazione dell’architettura e dei moduli– Codifica e debugging– Testing– Deployment
• Manutenzione• Gestione della configurazione• Project management• Qualità del software
Parti interessate (stakeholders)
Tipi di stakeholders– Progettisti professionisti– Management– Personale tecnico– Decisori– Utenti– Finanziatori– …
Ad ogni stakeholder corrisponde almeno uno specifico punto di vista (view) e varie decisioni
Decisioni degli stakeholders
Fonte: alistair.cockburn.us/Foundations+for+Software+Engineering
Processi di produzione• I processi di produzione si creano e poi evolvono• Prodotti e processi possono essere descritti e
valutati da un punto di vista qualitativo• Processi di produzione a diversi livelli:
– Ciclo di vita industriale– Ciclo di sviluppo: analisi dei requisiti, design, testing– Progettazione di un servizio sw (es.: e-commerce)– Progettazione di un modulo e del relativo test
Discussione• Come si costruisce un prodotto software?
Sviluppare iterativamente
Controllare le modifiche
Usarearchitetture
di componentiGestire irequisiti
Modellaregraficamente
Verificarela qualità
Principi guida dello sviluppo software
Modelli del software
Un modello è una descrizione che:• permette di studiare quali problemi
possono capitare durante la costruzione di un sistema
• permette a tutte le parti interessate al sistema di comunicare tra loro usando una terminologia comune
Il ciclo di vita del software
• Requisiti: analisi e specifica• La progettazione: modellazione
dell’architettura e dei singoli componenti• La codifica ed il debugging• Il testing e la verifica• Il deployment (= la messa in opera)• La manutezione
Costi di Ciclo (Boehm citato da Schach)
Maintenance 67%
Integration6%
Design6%
Modulecoding5%
Moduletesting7%
Problem Def3%
Requirements4%
Planning2%
Costo per linea di codice
0 1 2 3 410
20
30
40
50
60
70
80Unit cost vs. size (assuming $5,000/PM)
system
utility
applicationDolla
rs p
er li
ne o
f sou
rce
code
Software size in 1,000 lines of code1 10 100 1000 10000
Durata
0 1 2 3 40
10
20
30
40
50
60
1 10 100 1000 10000Software size in 1,000 lines of source code
Requ
ired
deve
lopm
ent
time
in m
onth
s
application
utility
system
Required development time vs. size
Produttività
0 1 2 3 40,00
0,01
0,02
0,03
1 10 100 1000 10000 0
Software size in 1,000 lines of source code
Line
s of
cod
e pe
r prg
ram
mer
per
day
application
utility
system
(11.8)
(5.8)
(2.8)
30
20
10
0
Productivity vs. size
Fare la cosa giusta
Di tutte le funzionalità di un'applicazione sw:• Il 7% è usato continuamente• Il 13% è usato spesso• Il 16% è usato saltuariamente• Il 19% è usato raramente• Il 45% non è mai usatoFonte: Standish Group, Chaos report 2002
La manutenzione
• Tutti i prodotti hanno bisogno di manutenzione a causa del cambiamento
• I tipi principali di manutenzione:– Perfettiva o preventiva (65%): migliorare il prodotto– Adattiva (18%): rispondere a modifiche ambientali– Correttiva (17%): correggere errori trovati dopo la
consegna
Il mondo cambia continuamenteLa manutenzione è “normale”
Attributi dei prodotti software• Attributi esterni (visibili all’utente)
– Costo (e tipo di licenza)– Prestazioni– Garanzia
• Attributi interni (visibili ai progettisti)– Dimensione (size)– Sforzo di produzione (effort)– Durata della produzione (dall’inizio alla consegna)– Mantenibilità– Modularità
Bilanciamento degli attributi
• L’importanza relativa degli attributi di prodotto dipende dal prodotto e dall’ambiente in cui verrà usato
• A volte certi attributi sono più importanti– Nei sistemi in tempo reale con requisiti di
sicurezza, gli attributi chiave sono l’affidabilità e l’efficienza
• Se un attributo dev’essere particolarmente curato e “spinto”, i costi di sviluppo tenderanno a crescere esponenzialmente
Il costo dell’efficienzaCosto
Efficienza
Il costo della qualità
Prodotto Dimensione del team di sviluppo
Dimensione del team di testing
NT 3.1 200 140
NT 3.5 300 230
NT 3.51 450 325
NT 4.0 800 700
Win2k 1400 1700
Discussione• Come si organizza un processo di
sviluppo del software?
Gli standard dell’ingegneria del software
Standard principali software engineering IEEE•IEEE 610 Standard glossary sw engineering•IEEE 828 Sw configuration management•IEEE 829 Sw test documentation•IEEE 830 Recommended practice for sw Requirements Specifications•IEEE 1008 Sw unit testing•IEEE 1219 Sw maintenance•IEEE 1471 Recommended practice for sw Architectural Descriptions•IEEE 1517 Sw reuse processes
Processi a ciclo di vita
• Lo standard IEEE12207 definisce le fasi principali dei processi a ciclo di vita:– Primarie: Acquisition, supply, development,
operation, maintenance– Supporto: audit, configuration
management, documentation, quality assurance, verification, validation
– Organizzative: management, infrastructure, improvement, training
Ciclo di vita di un rilascio sw
• Un rilascio software (software release) è una versione di un prodotto che viene immessa sul mercato
• Il ciclo di vita della release è l’insieme delle fasi del suo sviluppo e della sua vita operativa
Processi tradizionali
Acquisition
Maintenance
Supply
Operating
Development
InfrastructureManagement Improvement
Documentation
Quality
Config. mngmt
Training
Le attività di sviluppo• Le attività di sviluppo del software differiscono
in funzione dell’organizzazione che sviluppa e del sw da produrre, ma di solito includono:– Specifica delle funzionalità richieste (requisiti)– Progetto della struttura modulare e delle interfacce– Implementazione: codifica moduli e integrazione– Verifica e validazione– Evoluzione e manutenzione
• Per poterle gestire vanno esplicitamentemodellate
Il processo di sviluppo del sw• Processo software: insieme dei ruoli,
delle attività e dei documenti necessari per creare un sistema software
• Esempi di ruoli: stakeholder, progettista, sviluppatore, tester, manutentore, ecc.
• Esempi di documenti: codice sorgente, codice eseguibile, specifica, commenti, risultati di test, ecc.
Le attività di sviluppo nel mondo• Cusumano e altri nel 2003 hanno analizzato 104 progetti software
in quattro regioni India Japan US Europe Total Practice / No. of Projects 24 27 31 22 104 Architectural Specification 83.3% 70.4% 54.8% 72.7% 69.2% Functional Specification 95.8% 92.6% 74.2% 81.8% 85.6% Detailed Design 100.0% 85.2% 32.3% 68.2% 69.2% Code Generation 62.5% 40.7% 51.6% 54.5% 51.9% Design Review 100.0% 100.0% 77.4% 77.3% 88.5% Code Review 95.8% 74.1% 71.0% 81.8% 79.8% Subcycles 79.2% 44.4% 54.8% 86.4% 64.4% Beta Testing 66.7% 66.7% 77.4% 81.8% 73.1% Pair Testing 54.2% 44.4% 35.5% 31.8% 41.3% Pair Programming 58.3% 22.2% 35.5% 27.2% 35.3% Daily Builds
At the Start 16.7% 22.2% 35.5% 9.1% 22.1% In the Build 12.5% 25.9% 29.0% 27.3% 24.0% At the End 29.2% 37.0% 35.5% 40.9% 35.6%
Regression Testing 91.7% 96.3% 71.0% 77.3% 83.7%
La produttività nel mondo• Sugli stessi 104 progetti Cusumano raccolse i
seguenti dati di produttività e qualità:
India Japan US Europe Total No. of Projects 24 27 31 22 104 LOC/programmer month 209 469 270 436 374 Defects/KLOC (12 mon. after delivery)
0.263 0.020 0.400 0.225 0.150
Miti e leggende dell'ingegneria del sw
• Il "silver bullet" è il proiettile d'argento che uccide i lupi mannari
• "Trovare un silver bullet" è sinonimo di “trovare una soluzione finale” ad un problema
• Costruire software è difficile: qual è il silver bullet dell’ingegneria del sw?
Fred Brooks
• Fred Brooks, premio Turing 1999, fu progettista del sistema IBM 360
• Dalle sue esperienze trasse spunto per scrivere il libro “The Mytical Man Month” e l’articolo “No silver bullet”
Miti e leggende• Per cominciare a scrivere un programma,
basta un’idea generica dei suoi obiettivi - ai dettagli si pensa dopo – La cattiva definizione della specifica è la
maggior causa di fallimenti progettuali
• Se il progetto ritarda, possiamo aggiungere programmatori e rispettare la consegna– Legge di Brooks: “Aggiungere personale ad un
progetto in ritardo lo fa ritardare ancor di più”
Miti e leggende• Se i requisiti di un progetto cambiano, non è un
problema tenerne conto perché il software è flessibile
Costo
Alto
Moderato
Piccolo
Requisiti Design Implementazione
Momento di modifica
Miti e leggende• L’ unico prodotto (deliverable) di un progetto di
successo è un programma funzionante
Piano Requisiti Progetto
Strutture dati
Specifiche di test
Programmafunzionante
Listati
Miti e leggende• Se il software “funziona”, la manutenzione è
minima e si può gestire errore per errore, quando capita di trovarne uno
Costi di manutenzione preventivati Costi di manutenzione reali
10-15%55-70%
Sommario• Produrre software è costoso• La produttività dell’industria del sw è
bassa– Le consegne sono spesso in ritardo– I costi software spesso sforano il budget– La documentazione è inadeguata– Il software è spesso difficile da usare
• Soluzione: migliorare il processo software
Domande di autotest• Quali sono le fasi tipiche del ciclo di vita di un
sistema software? E quelle dello sviluppo?• Qual è la fase solitamente più costosa?• In quale fase dello sviluppo è più pericoloso
commettere un errore?• In quale fase dello sviluppo è più semplice
correggere un errore?• Cos'è un processo di sviluppo del software?• Quali sono i tipici documenti prodotti durante un
processo software?• Cos'è la legge di Brooks?
Lettura consigliata
F.Brooks, No Silver Bullets, IEEE Computer, 20:4, 1987
Riferimenti• Software Engineering Book of Knowledge, IEEE, 2014• F.Brooks, The Mythical Man Month, AddisonWesley, 1995• M.Cusumano, The Business of Software: What Every
Manager, Programmer, and Entrepreneur Must Know in Good Times and Bad, Free Press, 2004
• IEEE/EIA 12207.0, "Standard for Information Technology – Software Life Cycle Processes”
Pubblicazioni di ricerca
• IEEE Transactions on Software Engineering• ACM Transactions on Software Engineering
and Methodology• Int. Conference on Software Engineering• IEEE Software• ACM SIGSOFT
Siti utili
• www.sigsoft.org/seworld• www.computer.org/web/swebok• sebokwiki.org/wiki/Guide_to_the_Systems_Engineering_Body_of_Knowledge_(SEBoK)
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